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CCUS黑科技不斷,最火“碳捕手”這次盯上了海洋

2023/10/13 15:44:50   36氪      人氣:3588

在CCUS(碳捕集、利用及封存)領(lǐng)域,技術(shù)創(chuàng )新正不斷突破想象力邊界。

從上游碳捕集環(huán)節來(lái)看,傳統CCUS技術(shù)在煙氣排放端捕捉碳,時(shí)下話(huà)題度攀升的新一代技術(shù)則是從空氣中直接捕捉二氧化碳。最近又有一項碳捕集技術(shù)研究取得新進(jìn)展,這次,科學(xué)家和創(chuàng )業(yè)者將“碳捕手”伸向了海洋。

今年9月初,匹茲堡大學(xué)的研究人員發(fā)布了一項可以直接從海洋中捕碳的新技術(shù)。他們使用碳酸鈉或氫氧化鈉作為溶劑,制成一種“膠囊”,用來(lái)去除海水中的二氧化碳,并將其儲存在膠囊中。

這些膠囊就像極小的魚(yú)子醬珠,內部含有碳酸鈉液體。當“小珠子”批量聚集在一起,與海水的接觸面積增加,海水流經(jīng)時(shí)可以快速吸收二氧化碳。當蒸汽加熱到100至120攝氏度,用過(guò)的膠囊可以恢復性能,實(shí)現可再生循環(huán)利用。

海洋是一塊巨大的吸碳海綿。海洋面積占地球總面積的約70%,可以吸收海水上方空氣中的二氧化碳——隨著(zhù)大氣中的碳濃度上升,二氧化碳會(huì )溶解到海水中。這是由于二氧化碳會(huì )自然地從較高濃度點(diǎn)流向較低濃度點(diǎn),就像打開(kāi)一罐啤酒或碳酸飲料,開(kāi)蓋自然放置一段時(shí)間后,液體中的“汽”會(huì )慢慢消失,二氧化碳揮發(fā)到了空氣中。

由此衍生的新捕集技術(shù),被稱(chēng)作“直接海洋捕集”(Direct Ocean Capture,DOC)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),DOC是基于海洋從大氣中吸收二氧化碳的自然能力,具體的捕碳邏輯分兩步走:先捕集海水中的二氧化碳,“騰出”空間來(lái)讓海水釋放更多捕碳能力,再去捕集海面上方空氣中的二氧化碳,循環(huán)往復。

整個(gè)過(guò)程中,海洋就像一個(gè)除碳的“中介平臺”。與“直接空氣碳捕集”(Direct Air Capture,DAC)相對照,DOC被科研界稱(chēng)為“間接空氣捕集”,存在多種細分的技術(shù)路線(xiàn)。

在碳捕集環(huán)節,海洋除碳技術(shù)的潛力正在被看好——有數據顯示,DOC未來(lái)能夠從海洋中提取十億噸的碳。目前,已有初創(chuàng )公司在進(jìn)行DOC應用嘗試,例如加州理工學(xué)院成立的碳清除公司Captura。它在去年贏(yíng)得了由馬斯克資助的XPrize除碳大賽,并且一直在加利福尼亞州的紐波特海灘進(jìn)行小規模碳捕集系統測試。


碳去除公司Captura的DOC工廠(chǎng)效果圖。圖源:Captura公司

Captura的海洋碳捕集系統是利用專(zhuān)有的電滲析技術(shù)從海水中提取二氧化碳,將其封存或重新用于生產(chǎn)其他低碳材料或產(chǎn)品。整個(gè)捕集流程就像一個(gè)大型的海水淡化廠(chǎng),僅使用可再生電力和海水作為原料。

被脫碳的水在經(jīng)過(guò)特殊處理后,再釋放回海洋。這種脫碳水位于海洋頂層,繼續與大氣反應,吸收同等體量的二氧化碳。

海洋這塊巨大的“碳海綿”,每年吸收了地球上約30%的碳排放,海水中的碳濃度是大氣的150倍。二氧化碳濃度直接影響著(zhù)捕集成本和效率,濃度越高,捕集更高效,成本更低。新一代的空氣捕集技術(shù)目前仍面臨高耗能、高成本等現實(shí)瓶頸,相比之下,從海水中提取二氧化碳更具優(yōu)勢。

“DOC有一個(gè)巨大的先天優(yōu)勢:海洋是一個(gè)巨大的天然吸收器,我們既不需要制造接觸空氣的機器,也不需要化學(xué)吸收劑,整個(gè)捕集過(guò)程中也沒(méi)有副產(chǎn)品需要處理?!盋aptura公司負責人說(shuō),“除了海水過(guò)濾費用之外,最大的成本是用于抽水和電滲析的能耗,但仍比現有的空氣捕獲技術(shù)成本低得多?!?/span>

除了捕集效率高、成本低,DOC不需要占用土地,并且更容易將二氧化碳就地進(jìn)行深?;蚝5追獯?。減碳之外,DOC還有其他環(huán)境效益。

海洋中的二氧化碳濃度過(guò)高會(huì )加劇海水酸化,威脅珊瑚礁和貝類(lèi)的生存。今年初,麻省理工學(xué)院研究團隊成功測試出一套包括兩個(gè)腔室的海洋碳捕集系統。海水流經(jīng)第一個(gè)腔室時(shí),與內部活性電極進(jìn)行反應提取出二氧化碳,隨后進(jìn)入第二個(gè)腔室進(jìn)行堿化處理——這套流程下來(lái),減碳的同時(shí)還可解決部分海洋地區存在的海水酸化問(wèn)題,維護生態(tài)平衡。

不過(guò),DOC目前尚在早期階段。新技術(shù)能否真正走出實(shí)驗室,實(shí)現大規模落地應用,還需要更多研究和驗證。